CN111448068A - 用于零件的增材铸造的装置和方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于零件的增材铸造的方法和设备。该方法可包括：在构建台上沉积模具的第一部分，使得沉积可以逐层进行；将液体物质浇注至模具的第一部分中以形成第一铸造层；凝固第一铸造层的至少一部分；在模具的第一部分的顶部上沉积模具的第二部分；将液体物质浇注至模具的第二部分中，以在第一铸造层的至少一部分的顶部上形成第二铸造层；以及凝固第二铸造层的至少一部分。该方法可以进一步包括在浇注第三铸造层之前接合第一铸造层和第二铸造层。

Description

用于零件的增材铸造的装置和方法

发明的技术领域

本公开总体上涉及铸造零件(casting parts)领域。更具体地，本申请涉及零件的增材铸造(additive casting)领域。

发明背景

铸造是至今仍在使用的最古老的材料成型方法之一。将液体材料浇注至包含所需形状的中空腔体的模具中然后让它凝固的想法已经有6000年的历史了。自公元前3200年青铜被熔融并浇注到石头模具中以来，主要的工艺过程没有改变。当玻璃在大约3000年前被发明时，玻璃也被浇铸在模具中(除了玻璃吹制工艺过程之外)，以形成由玻璃制成的制品。在现代，聚合物树脂也被浇铸到模具中，以形成成型的聚合物零件。

现代铸造方法涉及使用由各种材料制成的模具，例如砂型铸造、拉模铸造(例如，金属模具)、半拉模铸造(例如，金属模具+砂型嵌件)、熔模铸造(例如，陶瓷外壳模具)、消失模铸造(例如，使聚合物泡沫与放置在砂容器中的熔融金属复形)等。然而，在单一浇注行为中浇注所有需要量的金属以形成所需的物体/零件的想法并没有改变。

铸造虽然是一种非常可靠的方法，但也非常昂贵、耗时，并且适于大量生产。形成拉模铸造模具或制造用于砂型铸造模具的模具所需的时间通常为几个月。此外，即使是最现代的铸造方法也不适应变化。模具的每一个微小变化都会使工艺过程变得更加昂贵，并延长生产时间。

打印三维(3D)物体是最新的材料成型方法之一。由聚合物树脂、与结合剂混合的金属粉末或与结合剂混合的陶瓷粉末制成的油墨被打印在构建台上，有时添加打印外壳/支撑结构来支撑打印的物体。3D计算机化模型用于创建打印对象。因此，3D模型中的任何改变都很容易实现，而不需要改变任何打印参数。然而，打印零件的质量(例如，机械性能、材料缺陷、空隙和位错)，特别是还需要热处理工艺过程的金属打印零件的质量，通常低于铸造零件的质量。

目前用于金属物体的三维打印的工艺过程包括金属粉末/颗粒的逐层沉积，然后选择性激光烧结(SLS)以熔融/凝固精细沉积层。另一工艺过程包括通过三维打印机打印模具的蜡图案，用于随后在熔模铸造中制造金属物体。然而，因为三维打印结果是模具的制造，而不是完成的金属物体本身，所以需要重力铸造的附加阶段来完成金属物体。

因此，需要一种系统和方法来消除上述生产方法的缺点。

发明概述

本发明的一些方面可以是针对零件的增材铸造的方法。在一些实施例中，该方法可包括：在构建台上沉积模具的第一部分，使得沉积逐层地进行；将液体物质浇注至模具的第一部分中以形成第一铸造层；凝固第一铸造层的至少一部分；在模具的第一部分的顶部上沉积模具的第二部分；将液体物质浇注至模具的第二部分中，以在第一铸造层的至少一部分的顶部上形成第二铸造层；以及凝固第二铸造层的至少一部分。

在一些实施例中，该方法还可以包括接收包括一个或更多个零件的三维(3D)零件模型，该零件模型被分成多个铸造层。在一些实施例中，该方法还可以包括接收3D模具模型，该模具模型被分成多个模具部分，其中模具模型被设计成为液体物质提供期望的形状。在一些实施例中，该方法还可以包括基于接收到的零件模型生成3D模具模型，模具模型被分成多个模具部分，其中模具模型被设计成为液体物质提供设计的形状。

在一些实施例中，液体物质是以下中的一种：熔融金属、熔融玻璃和聚合物树脂。在一些实施例中，该方法还可以包括在第三铸造层的浇注之前使第一铸造层和第二铸造层接合。在一些实施例中，接合可以包括使第一铸造层和第二铸造层之间的界面的至少一部分熔融。在一些实施例中，接合可以包括用以下的至少一种来处理第二铸造层的上表面的至少一部分：感应加热器、电阻焊机、超声波焊机、等离子沉积单元、电子束、激光、焊接电弧、焊炬、冷熔和磁场流。在一些实施例中，接合可以包括以下中的至少一种：胶合、超声波结合、扩散结合、热固化和紫外线(UV)固化。

在一些实施例中，该方法还可以包括在附加铸造层的浇注之前预热每个铸造层。在一些实施例中，该方法还可以包括在凝固之后和附加铸造层的浇注之前为每个铸造层提供表面处理。在一些实施例中，表面处理可以包括以下中的至少一种：机械加工、研磨、抛光和激光烧蚀。在一些实施例中，该方法还可以包括：在对应的铸造层的浇注之前，为每个模具部分的内壁提供表面处理。在一些实施例中，对每个模具部分的内壁的表面处理可以包括机械加工内壁和去除多余的材料。

在一些实施例中，该方法还可以包括在第二模具部分的沉积之前，将第一铸造层和第一模具部分整平至处于相同水平。在一些实施例中，沉积和浇注步骤在保护性气氛下进行。在一些实施例中，第一铸造层和第二铸造层具有不同的厚度。在一些实施例中，第一铸造层和第二铸造层具有0.1mm-12mm之间的厚度。在一些实施例中，每个模具层可以包括粒状材料和结合剂的混合物，其中粒状材料可以包括以下中的至少一种：陶瓷粉末、沙子、粘土及其任意组合。在一些实施例中，混合物还可以包括金属粉末。

在一些实施例中，沉积一个或更多个模具层可以包括使用3D打印机打印每个模具层。在一些实施例中，从可移动浇注单元浇注液体物质，该可移动浇注单元包括用于浇注液体物质的至少一个液体引入端口。在一些实施例中，可移动浇注单元可以被配置成在每个模具部分中的预定位置处浇注预定量的液体物质。在一些实施例中，该方法还可以包括通过浇注熔融金属使凝固的第一铸造层退火，以形成第三铸造层和第四铸造层。在一些实施例中，通过浇注具有第一化学成分的第一液体物质来铸造第一铸造层；并且通过浇注具有第二化学成分的第二液体物质来浇注第二铸造层。在一些实施例中，第一液体物质和第二液体物质可以选自：相同金属元素的两种合金、两种类型的玻璃和两种类型的聚合物。

在一些实施例中，第一液体物质和第二液体物质在以下的至少一个方面不同：添加剂的量和类型，其中添加剂被配置为至少：在铸造期间蒸发和分解。在一些实施例中，该方法还可以包括：在将液体物质浇注至第一模具部分和第二模具部分中的至少一个之前，测量第一容器中液体物质的化学成分；测量对应的铸造层的化学成分；以及比较该测量(measurements)。在一些实施例中，该方法还可以包括：如果测量产生的化学成分上的差异大于阈值，则移除对应的铸造层；以及将新的液体物质浇注至第一模具部分和第二模具部分中的至少一个中。

在一些实施例中，将液体物质浇注至第二模具部分的量可以足以形成第二铸造层并补偿以下中的至少一个：第一铸造层的收缩和第一铸造层的厚度偏差。

本发明的一些方面可以涉及一种增材铸造设备。根据本发明实施例的增材铸造设备可以包括：与含有模具材料的第一容器流体连接的可移动分配单元，该分配单元包括用于沉积模具材料的一个或更多个液体引入端口；与用于存放液体物质的至少一个第二容器流体连接的可移动浇注单元，浇注单元包括用于浇注至少一种液体物质的一个或更多个液体引入端口；构建台，其用于存放沉积的模具材料和浇注的液体物质；以及控制器，其被配置为：控制可移动分配单元逐层地沉积模具的第一部分；控制可移动浇注单元将至少一种液体物质浇注至第一模具部分中以形成第一铸造层；控制可移动分配单元将模具的第一部分逐层地沉积至第一部分的顶部上；以及控制可移动浇注单元将至少一种液体物质浇注至模具的第二部分中，以在第一铸造层的至少一部分的顶部上形成第二铸造层。

在一些实施例中，增材铸造设备还可以包括接合单元，该接合单元被配置为在第三模具部分的沉积和第三铸造层的浇注之前使第一铸造层和第二铸造层接合。在一些实施例中，接合单元可以是以下中的至少一个：感应加热器、电子束、电阻焊机、弧焊机、激光焊机、焊炬、胶合装置、冷熔单元、用于磁场流的磁体、超声波结合单元和扩散结合加热器。在一些实施例中，至少一个第二容器可以是坩埚，并且液体物质是熔融金属和熔融玻璃中的一种。在一些实施例中，至少一个第二容器可以是罐体，并且液体物质是聚合物树脂或熔融聚合物中的至少一种。

在一些实施例中，增材铸造设备还可以包括预热单元，预热单元用于在浇注附加铸造层之前加热每个铸造层。在一些实施例中，增材铸造设备还可以包括一个或更多个表面处理单元，用于在凝固之后和浇注附加铸造层之前处理每个铸造层的表面。在一些实施例中，一个或更多个表面处理单元包括以下中的至少一个：机械加工装置、研磨装置和抛光装置。

在一些实施例中，增材铸造设备还可以包括填充有保护性气氛的外围物，用于在铸造期间向铸造层提供保护性气氛。在一些实施例中，外围物可以包括封闭的壳体，该壳体容纳：可移动分配单元、可移动铸造单元、构建台和被配置成提供保护性气氛的装置。在一些实施例中，控制器还可配置成：接收一个或更多个实体零件的三维(3D)零件模型，该3D零件模型被分成多个铸造层；接收模具的3D模具模型，模具模型被分成多个模具部分，其中模具被设计成向液体物质提供期望的形状；基于模具模型控制模具部分的沉积；以及基于零件模型控制铸造层的浇注。

在一些实施例中，可移动沉积单元被配置成在至少一个轴线(axe)上移动。在一些实施例中，可移动浇注单元被配置成在至少一个轴线上移动。在一些实施例中，增材铸造设备还可以包括构建台，该构建台可以被联接到可移动平台。在一些实施例中，可移动浇注单元可以与用于存放第一液体物质和第二液体物质的两个容器流体连接，并且控制器可以被配置为：控制可移动浇注单元将第一液体物质浇注至模具的第一部分中以形成第一铸造层；以及控制可移动浇注单元将第二液体物质浇注至模具的第二部分中以形成第二铸造层。

在一些实施例中，增材铸造设备还可以包括至少一个化学成分传感器，该化学成分传感器被配置为至少测量：容器中液体物质的化学成分和铸造层的化学成分。在一些实施例中，至少一个物质成分传感器基于X射线或激光。

本发明的一些附加方面可以针对一种铸造金属零件，该铸造金属零件可以包括：包括第一类型合金的至少第一铸造层；包括第二类型合金的至少第二铸造层，该第二铸造层接合至该至少第一铸造层。在一些实施例中，第一合金和第二合金是相同金属元素的不同合金。在一些实施例中，每个铸造层的厚度可以比每个铸造层的周长小至少两个数量级。在一些实施例中，铸造金属零件还可以包括接合到至少一个第二铸造层的第三铸造层。在一些实施例中，第三铸造层可以包括相同金属元素的第三类型合金。在一些实施例中，至少第一铸造层也可以在微结构上与至少第二铸造层不同。

本发明的一些附加方面可以针对一种铸造金属零件，该铸造金属零件可以包括：具有第一预定微结构的至少第一铸造层；以及具有第二预定微结构的至少第二铸造层，该至少第二铸造层被接合至该至少第一铸造层。在一些实施例中，第一预定微结构和第二预定微结构至少在平均晶粒尺寸(average grain size)上可以不同。在一些实施例中，每个铸造层的厚度可以比每个铸造层的周长小至少两个数量级。在一些实施例中，铸造金属零件还可以包括接合到至少一个第二铸造层的第三铸造层。在一些实施例中，第三铸造层具有第三预定微结构。

附图简述

被视为本发明的主题在说明书的结束部分中被特别指出并被清楚地主张。然而，本发明，关于组织以及操作方法两者，连同其目的、特征和优点通过参照以下的详细描述，在结合附图阅读时可以得到最好地理解，在附图中：

图1是根据本发明的一些实施例的增材铸造设备的图示；

图2是根据本发明的一些实施例的零件的增材铸造方法的流程图；

图3A和图3B是根据本发明的一些实施例的在过程中的铸造的零件和模具的图示；

图4是根据本发明的一些实施例的在工艺过程中的铸造的零件和模具的图示；以及

图5是根据本发明的一些实施例的零件的增材铸造方法的详细流程图。

应认识到，为了说明的简单和清楚，在附图中示出的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可相对于其他元件被放大。此外，在被考虑为适当的场合，参考数字可在各个图之间重复以指示对应的或类似的元件。

本发明的详细描述

在下面的详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其它实例中，未详细描述公知的方法、程序和部件，以免使本发明模糊不清。

根据本发明实施例的铸造设备和方法可以包括通过将液体介质(例如，熔融金属/合金、熔融玻璃、聚合物树脂等)浇注至正被逐层地自身沉积的模具部分中，来逐层地生产铸造的零件。液体介质可以是任何这样的液体材料，该液体材料当被浇注至模具中时可以自发地凝固(例如，由于冷却导致的熔融材料的凝固)或通过附加工艺过程(例如，使用热固化或紫外线(UV)固化来聚合/交联单体或聚合物前体)来辅助凝固。

如本文所使用的，模具(在本领域中也称为外壳)可以包括被配置成为浇注至模具中并被允许凝固的液体材料提供形状的任意中空腔体。如本文所公开的，根据本发明实施例的模具可以通过对模具材料逐层打印/沉积以形成不同的模具部分来制造。如本文所使用的，模具材料可以是适于从沉积单元被沉积/被打印并且在模具沉积之后对注入模具中的特定液体材料提供形状的任何材料。例如，当液体材料是熔融聚合物或聚合物树脂时，模具材料还可以包括聚合物。在另一例子中，当液体材料是熔融金属(例如，具有500℃以上的熔融温度)或熔融玻璃(例如，具有1000℃以上的熔融温度)时，模具材料可以包括与结合剂混合的粒状材料，并且被配置为存放处于高温下的熔融物质。粒状材料可以包括：陶瓷粉末(例如氧化锆、氧化铝、氧化镁等)、沙子、粘土、金属粉末及其任意组合。在一些实施例中，模具材料还可以包括活化添加剂。例如紫外线吸收颗粒、交联剂、吸热颗粒等。

为了确保连续的铸造层之间的结合，可以使用本领域已知的任何接合方法进行接合工艺过程。可以根据铸造材料选择接合方法，例如，两个金属层可以焊接，两个玻璃层可以扩散结合，并且两个聚合物层可以胶合和/或交联。

现在参照图1，其是根据本发明的一些实施例的增材铸造设备的图示。这种增材铸造设备可以允许大体上一个在另一个顶部之上地沉积多个模具部分，这些模具部分可以形成用于铸造液体介质的单个模具。在附加模具部分的沉积之前，所沉积的每个模具部分可以填充有液体物质，以形成铸造层。由此，形成铸造零件，该铸造零件由多个铸造层通过一个位于另一个顶部地铸造而制成。沉积每个模具部分可以包括沉积一层或更多层的模具材料。

增材铸造设备100可以包括用于沉积模具材料的可移动分配单元130和用于浇注至少一种液体物质的可移动浇注单元120。增材铸造设备100还可以包括用于存放沉积的模具材料和浇注的液体物质的构建台116，以及被配置成控制设备100的可控部件的控制器153。在一些实施例中，增材铸造设备100还可以包括固定框架170，该固定框架170用于存放增材铸造设备100的至少一些可移动元件。固定框架170可以是不动的。

在一些实施例中，可移动分配单元130可以包括一个或更多个液体引入端口134(例如，喷嘴、喷口等)，该液体引入端口134用于浇注至少一种液体物质。在一些实施例中，可移动分配单元130可以与包含模具材料的至少一个第一容器132流体连接和/或可以包括该包含模具材料的至少一个第一容器132。在一些实施例中，第一容器132可以是被配置成存放模具材料的任意罐体/筒体/盒体(magazine)。在一些实施例中，第一容器132可以包括搅拌器，该搅拌器用于在第一容器132中的模具材料沉积之前搅拌第一容器132中的模具材料。

在一些实施例中，可移动分配单元130还可以包括可控阀，该可控阀被配置为控制从一个或更多个液体引入端口134浇注的以在每个模具部分112中形成每个模具层的模具材料的量。在一些实施例中，可移动分配单元130可以被配置为在至少一个轴线(例如，如图示的X轴线)上移动，例如，在构建台116可以被联接到被配置为在至少两个其他轴线(例如，Y轴线和Z轴线)上移动的可移动平台时。在一些实施例中，可移动分配单元130可以被配置成在两个或三个轴线上移动。在一些实施例中，可移动分配单元130可以被安装在X-Y台上，该X-Y台被配置为使可移动分配单元130移动到构建台116上方的任意位置。在一些实施例中，构建台116和可移动分配单元130可以被安装在固定框架170上，并且各自可以被允许相对于固定框架170在至少一个轴线上相对地移动。在一些实施例中，可移动分配单元130可以被控制(例如，通过控制器153)以逐层地沉积模具部分112(例如，第一部分、第二部分、第三部分、第四部分、等)。

在一些实施例中，可移动浇注单元120可以包括一个或更多个液体引入端口124，该液体引入端口124用于将至少一种液体物质浇注到相应的模具部分112中。可移动浇注单元120可以与用于存放液体物质的至少一个第二容器122流体连接。在一些实施例中，当液体物质是熔融金属、熔融合金和熔融玻璃中的一种时，至少一个第二容器122可以是坩埚。坩埚可以由耐高温的任何材料制成。坩埚可以包括用于接收熔融金属或熔融玻璃(在熔融坩埚中熔融)的开口和用于向浇注单元120提供熔融金属或熔融玻璃的至少一个出口。在一些实施例中，坩埚可以被包括在浇注单元120中。

在一些实施例中，当液体物质是聚合物树脂或熔融聚合物中的至少一种时，容器124可以是用于存放聚合物树脂或熔融聚合物的罐体(例如，金属罐体)。在一些实施例中，罐体可以包括用于搅拌聚合物树脂的搅拌器(未示出)。在一些实施例中，罐体可以被包括在浇注单元120中。

在一些实施例中，可移动浇注单元120可以与用于存放第一液体物质和第二液体物质的两个或更多个容器流体连接。在一些实施例中，第一液体物质可以具有第一化学成分，并且第二液体物质可以具有第二化学成分，例如，第一液体物质和第二液体物质可以选自：相同金属元素的两种合金、两种类型的玻璃和两种类型的聚合物。

在一些实施例中，可移动浇注单元120还可以包括可控阀，该可控阀被配置成控制从一个或更多个液体引入端口124浇注的以形成每个铸造层104的液体物质的量。在一些实施例中，可移动浇注单元120可被配置为在与构建台116的表面相平行的至少一个轴线(例如，图示的X轴线)上移动，例如，在构建台116可被联接到可移动平台并且该可移动平台被配置为在至少两个其他轴线(例如，Y轴线和Z轴线)上移动时。在一些实施例中，可移动浇注单元120可以被配置成在两个或三个轴线上移动。在一些实施例中，可移动浇注单元120可以安装在X-Y台上并且该X-Y台被配置为将可移动浇注单元120移动到构建台116上方的任意位置。在一些实施例中，构建台116和可移动浇注单元120可以安装在固定框架170上，并且各自可以被允许相对于固定框架170在至少一个轴线上移动。在一些实施例中，可移动浇注单元120可被控制(例如，通过控制器153)以将每个铸造层104浇注到对应的模具部分(例如，第一部分、第二部分、第三部分、第四部分等)中。

如本文所用的，铸造层是由被浇注到模具部分中并在模具部分中凝固成固体铸造层的液体物质制成的层。铸造层可以从模具部分的形状接收其形状。铸造层可以包括铸造聚合物、铸造金属/合金、铸造玻璃等。如图1所示以及如相对于图2的方法所讨论，根据本发明的一些实施例的铸造层可以被铸造(例如，浇注)在构建台、模具层或先前铸造的层的顶部上。在一些实施例中，通常的铸造层的厚度可以比每个铸造层的周长小至少两个数量级。一个在另一个顶部之上的多个凝固的铸造层104可以形成铸造零件102。

在一些实施例中，增材铸造设备100还可以包括至少一个传感器126，该传感器126用于测量第一容器122中的液体物质的化学成分和/或测量铸造层104的化学成分。至少一个传感器126可以联接到可移动浇注单元120。在一些实施例中，单一传感器126可以被组装成使得该传感器可以测量第一容器122中的化学成分和每个铸造层104的化学成分两者。在一些实施例中，一个或更多个传感器126可以包括基于X射线的传感器或基于激光的传感器。应当理解，能够测量铸造层104的化学成分的任何其他传感器都可以使用。

在一些实施例中，增材铸造设备100还可以包括接合单元140，该接合单元140被配置成在沉积第三模具部分112和浇注第三铸造层104之前使第一铸造层和第二铸造层104接合。在一些实施例中，为了形成实体零件，连续的铸造层104必须接合在一起。在一些实施例中，接合单元140可以是以下中的一个：感应加热器、电阻焊机、电弧焊机、电子束单元、超声波焊机、等离子沉积单元、激光焊机、焊炬、胶合装置、冷熔单元、用于磁场流的磁体、超声波结合单元、扩散结合加热器等。在一些实施例中，接合装置140的类型和数量可以根据被浇注的液体物质的类型来选择。接合单元140可以被配置成在至少一个轴线(例如，图示的X轴线)上移动。例如，接合单元140可以被承载/联接到机器人臂151，机器人臂151能够将接合单元140移动到铸造层104的表面上方的任意所需位置。在另一个例子中，接合单元140可以联接到可移动的X-Y台。

在一些实施例中，增材铸造设备100还可以包括预热单元145，该预热单元145用于在浇注附加铸造层104之前加热每个铸造层104。在一些实施例中，当铸造的液体物质是熔融金属、熔融合金或熔融玻璃时，为了降低已经凝固的铸造层和正被浇注的以形成附加铸造层的熔融材料之间的温度梯度，凝固的铸造层可以被例如指示加热器或任何其他合适的加热元件(例如，细丝(filament))预热。预热单元145可以被配置成在至少一个轴线(例如，如图示的X轴线)上移动。例如，预热单元145可以被承载/联接到机器人臂151，机器人臂151能够将预热单元145移动到铸造层(例如层104)的表面上方的任意所需位置处。在另一个例子中，预热单元145可以联接到可移动的X-Y台。在一些实施例中，可移动预热单元145可以被配置为相对于固定框架170移动。

在一些实施例中，增材铸造设备100还可以包括一个或更多个表面处理单元128。一个或更多个表面处理单元可以包括以下的至少一个：机械加工装置、研磨装置、抛光装置、激光烧蚀单元等。例如，可以使机械加工装置包括被配置为进行铣削、钻削、拉削(broach)、锯切等的至少一种的任何切削工具。在一些实施例中，机械加工装置可以是控制多个切削工具的计算机数控系统(CNC)。在一些实施例中，表面处理单元128可以包括用于接收精细和超细表面精整的研磨机和/或抛光机。

在一些实施例中，表面处理单元128可以被配置成在凝固之后和浇注附加铸造层104之前处理包括模具材料和浇注材料两者的每个铸造层104的表面。在一些实施例中，如关于图4所示和所讨论的，表面处理单元128可以被配置成在浇注对应的铸造层104之前处理每个模具部分112的内表面和/或上表面。如本文所使用的，上表面是平行于台116的表面，而内表面是可以与浇注的液体物质接触的模具部分的内壁的表面。在一些实施例中，一个或更多个表面处理单元128可被配置成在沉积另一铸造层之前机械加工模具部分和对应的铸造层两者的上表面，以便使模具部分和对应的铸造层两者的高度(例如，厚度)整平和变平。整平可以确保后续模具部分和铸造层的精确沉积和浇注。一个或更多个表面处理单元128可以被配置成在至少一个轴线(例如，如图示箭头所示的X轴线)上移动。

在一些实施例中，增材铸造设备100还可以包括硬化单元(未示出)，用于在浇注之后，例如通过加热或紫外线固化，辅助聚合物铸造层104的硬化。

在一些实施例中，增材铸造设备100还可以包括填充有保护性气氛的外围物160，用于在铸造期间向铸造层提供保护性气氛。如本文所使用的，保护性气氛可以包括可以保护铸造层104的表面免受不期望的化学反应(诸如氧化和碳化)的任何气氛。保护性气氛可以包括惰性气体，诸如氩气、氮气等。保护性气氛可以包括真空。在一些实施例中，外围物160可以包括封闭的壳体，该壳体至少容纳：可移动分配单元130、可移动铸造单元120、构建台116和被配置成提供保护性气氛的装置165，例如真空泵、氩气源等。

在一些实施例中，构建台116可以是或可以包括被配置成存放沉积的模具材料和浇注的液体物质的表面。构建台116可以包括任何合适的材料，例如，诸如钢的金属、诸如氧化铝的陶瓷等。在一些实施例中，当要将第一模具部分112沉积在陶瓷表面上并且要将第一铸造层104浇注在金属表面上时，构建台116可以包括多于一种类型的材料(例如，金属和陶瓷)。

在一些实施例中，构建台116可以是可移动的，并且可以被配置成在至少一个轴线上(例如，在图示箭头指示的三个轴线上)移动。在一些实施例中，构建台116可以被配置成围绕竖直轴线旋转。构建台116可以联接到可移动平台，例如x-y台等。

在一些实施例中，控制器153可以包括任意处理单元，例如被配置为执行根据本发明实施例的方法、代码和指令的处理器155。方法、代码和指令可以存储在非暂时性存储器157中，例如，控制铸造设备100的各种可控部件(例如，可移动分配单元130、可移动浇注单元120、构建台116、接合单元140、预处理单元145等)的指令。存储器157还可以包括与铸造装置100的操作相关的任何数据，例如零件和/或模具的3D模型。在一些实施例中，控制器153可以被配置成：控制可移动分配单元130逐层地沉积模具的第一部分；控制可移动浇注单元120将至少一种液体物质浇注到模具的第一部分中以形成第一铸造层；控制可移动分配单元130将模具的第一部分逐层地沉积在第一部分的顶部上；以及控制可移动浇注单元120将至少一种液体物质浇注到模具的第二部分中，以在第一铸造层的至少一部分的顶部上形成第二铸造层。在一些实施例中，控制器153可以控制可移动分配单元130和可移动浇注单元120来沉积多个模具部分和浇注对应的铸造层，如关于图2和图5的方法所讨论的。

现在参考图2，其是根据本发明的一些实施例的零件的增材铸造的方法的流程图。图2的方法可以由增材铸造设备100在控制器153的控制下执行。在一些实施例中，执行图2的方法的至少一些步骤的指令可以存储在存储器157中。在一些实施例中，在步骤220中，可以接收待铸造的一个或更多个零件的3D模型。3D零件模型可以由控制器153经由输入/输出单元159接收，例如，从任何计算机辅助设计(CAD)软件接收。控制器153然后可以将3D零件模型分成多个铸造层，例如，图1中的层104、层104a、层104b、图3A和图3B中的层204以及图4中的层304。

在一些实施例中，在步骤222，可以接收模具的3D模型。3D模具模型可以由控制器153经由输入/输出单元159接收，例如，从任何计算机附加设计(CAD)软件接收。在一些实施例中，该3D可以在步骤222中基于例如3D零件模型来生成。控制器153可以使用任何软件模块来生成3D模具模型，该3D模具模型被设计成向液体物质提供期望形状，以形成最终的铸造零件。在一些实施例中，3D模具模型可以被分成多个模具部分(例如，外壳)，例如，图1中示出的模具部分108和模具部分112、图3A和图3B中示出的部分212、部分213和部分215以及图4中示出的部分312和部分313。在一些实施例中，每个模具部分还可以被分成一个或更多个模具层，使得每个模具部分可以包括一个或更多个(例如，两个或更多个)沉积的模具层。

在一些实施例中，在步骤224中，模具的第一部分可以被逐层地沉积在构建台上。例如，图3A和图3B所示的第一部分212或图4所示的第一部分312可通过可移动分配单元130来沉积。控制器153可以根据模具模型的划分来控制可移动分配单元130沉积模具材料。在一些实施例中，控制器153可以通过控制一个或更多个液体引入端口134在可移动分配单元130到达每一个特定位置时落下模具材料，来控制可移动分配单元130将模具材料沉积到构建台116上的特定位置处。控制器153可以控制可移动分配单元130和构建台116中的至少一个相对于彼此移动，以将可移动分配单元130定位在特定位置处。在沉积结束时，模具部分可以形成被配置成容纳液体物质的具有封闭壁的形状(例如，环、开口盒等)。

在一些实施例中，该方法可以包括在第一模具部分的沉积之前沉积初始模具层(例如，图1所示的部分108、图3A和图3B所示的部分211以及图3所示的部分311)，以在第一模具部分的底部处具有对构建台的完全覆盖。

在一些实施例中，在步骤226中，可以将液体物质浇注到第一模具部分中以形成第一铸造层。例如，可以将熔融金属、熔融玻璃、聚合物树脂等从可移动浇注单元120浇注到由模具部分212的壁形成的容积中，以形成铸造层204，如图3A和图3B所示。在一些实施例中，可移动浇注单元120可以在沿着构建台116的表面移动的同时连续浇注液体物质。在一些实施例中，控制器153可以根据由模具部分212的壁形成的容积和液体物质在凝固过程中的预期收缩来计算被浇注的液体物质的量。控制器153可以控制可移动浇注单元120和构建台116中的至少一个相对于彼此的移动。在一些实施例中，在步骤228，第一铸造层的至少一部分可以凝固。由于例如从模具部分的壁开始的且向内的温度下降，熔融材料可以至少部分地凝固。在又一个例子中，聚合物树脂(例如，前体或单体混合物)可以自发地聚合、凝固或结晶或借助于外部能量源如紫外灯聚合、凝固或结晶。

在一些实施例中，在步骤230中，模具的第二部分可以被逐层地沉积在第一部分的顶部上。例如，如图3A和图3B所示，根据划分的3D模具模型，第二模具部分213可以被沉积在第一部分212的顶部上。第二模具部分213的沉积可以与步骤224中讨论的第一模具部分212的沉积大体上相同。在一些实施例中，如图215所示，第三模具部分215可以被沉积在第二模具部分213的顶部上。

在一些实施例中，模具材料可以被逐层地沉积，以便在模具中形成支撑结构。这种支撑结构可以包括用于悬垂铸造层的一个或更多个元件。例如，至少一个模具部分可以包括一个或更多个突起，这些突起可以对浇注在突起上方的铸造层形成支撑。

在一些实施例中，在步骤232中，在浇注附加铸造层之前，可以使每个模具部分的内壁经历表面处理。在一些实施例中，表面处理可以包括例如通过表面处理单元128进行的机械加工、研磨、抛光等中的至少一种。例如，图3A和图3B所示的90°铣刀206可以铣削第二模具部分213(和第三模具部分215)的壁，以获得更精确和光滑的边缘。在又一个例子中，如图4所示，可以通过带角度的端铣刀306为模具部分313的壁提供斜面。在一些实施例中，可以从对应的模具部分移除机械加工(例如铣削)的多余材料，以免与要倒入模具部分的液体物质混合。

在一些实施例中，在步骤234中，液体物质可以被浇注到模具的第二部分中，以在第一铸造层的至少一部分的顶部上形成第二铸造层。第二铸造层的浇注可以与第一铸造层的浇注大体上相同。在一些实施例中，在步骤236中，可以让第二铸造层至少部分地凝固。在一些实施例中，步骤224-步骤236中的至少一些可以重复，直到整个3D零件(例如，图1所示的零件102)通过浇注多个铸造层而被添加地铸造。在一些实施例中，可以以足以形成第二铸造层以及补偿第一铸造层的收缩和在第一铸造层中的厚度偏差中的至少一个的量向第二模具部分中浇注液体物质。例如，根据接收的3D模型，控制器153可以控制浇注单元120浇注比形成第二铸造层所需的量更多的液体物质。增加的液体物质可以被确定为补偿在第一铸造层中形成的缺陷。

在一些实施例中，在步骤238中，第一铸造层和第二铸造层可以在浇注第三铸造层之前接合。在一些实施例中，当铸造不同的铸造层时，可以在每个铸造层的自由上表面上形成薄膜。当浇注下一层时，薄膜可以形成两个相邻铸造层之间的边界，并且可以降低层间的结合强度。相应地，为了增加结合强度，可以进行附加的接合/结合操作。例如，如果液体物质是熔融金属/合金，则接合可以包括熔融第一铸造层和第二铸造层之间的界面的至少一部分。熔融可以通过例如加热/处理第二铸造层的上表面的至少一部分来进行，使得在第一铸造层和第二铸造层之间的界面中可以形成高于铸造物质熔点的温度。加热/处理可以使用以下中的一种：感应加热器、电阻焊机、激光、焊接电弧、焊炬、冷熔、磁场流等。在另一个例子中，如果液体物质是熔融玻璃、熔融聚合物或聚合物树脂，则接合可以包括以下中的至少一种：胶合、超声波结合、扩散结合、热固化、紫外线固化等。

在一些实施例中，在步骤240中，在浇注附加铸造层之前，每个铸造层可以被预热。在一些实施例中，进行预热是为了最小化热冲击，在浇注附加铸造层期间该热冲击可以在铸造层中引起宏观缺陷和微观缺陷，诸如裂纹。在一些实施例中，在1000-1300℃下浇注熔融金属或熔融玻璃之前，可以将先前浇注的层预热到例如600-700℃，从而减小热冲击。

在一些实施例中，在步骤242，可以在凝固之后并且在浇注附加铸造层之前对每个铸造层进行表面处理。表面处理可以包括从铸造层去除上膜(例如，薄氧化层)，并且还可以包括整平模具部分。在这种情况下，去除上膜可以导致第一铸造层和第一模具部分在沉积第二模具部分之前整平或变平以处于同一水平。整平可以允许第二模具部分更精确地沉积。在一些实施例中，表面处理可以包括以下中的至少一种：机械加工、研磨、抛光和激光烧蚀。

在一些实施例中，浇注第三铸造层和第四铸造层可以导致已经完全凝固的下部铸造层再加热至一定程度。再加热可引起第一铸造层中的原位退火工艺过程，导致第一铸造层的至少部分的应力消除。

在一些实施例中，第一铸造层(例如层104a)可以通过浇注具有第一化学成分的第一液体物质来铸造；并且第二铸造层(例如层104b)可以通过浇注具有第二化学成分的第二液体物质来浇注。在一些实施例中，第一液体物质和第二液体物质可以选自：相同金属元素的两种合金、两种类型的玻璃(例如，由两种不同的颜料着色)和两种类型的聚合物，以确保第一铸造层和第二铸造层彼此结合/接合。例如，当铸造零件102在一个部分可能需要更高的硬度而在另一个部分具有延展性和减震能力时，第一铸造层可以包括第一类型的灰铸铁，并且第二铸造层可以包括球墨铸铁。

在一些实施例中，除了控制化学成分之外，还可以控制第一铸造层和第二铸造层(以及零件102中的任意其他层)的微结构彼此不同。例如，通过选择不同的预热温度以提供给先前浇注的铸造层，可以改变微结构。选择的预热温度越低，铸造层的微结构将越精细。在一些实施例中，添加到第一液体物质和第二液体物质中的添加剂也可以改变微结构。因此，第一液体物质和第二液体物质在添加剂的量和添加剂的类型中的至少一个方面可以不同，所述添加剂被配置成至少：在铸造过程中蒸发和分解。

在一些实施例中，图2的方法还可以包括在将液体物质浇注至第一模具部分和第二模具部分中的至少一个中之前测量第一容器中的液体物质的化学成分；以及测量对应铸造层的化学成分。例如，一个或更多个传感器126可以测量第一容器122中液体物质的化学成分，然后测量最后的铸造层中的化学成分。在一些实施例中，传感器可以将测量值发送到控制器153，并且控制器可以比较测量值。在一些实施例中，如果测量值产生的化学成分上的差异大于阈值(例如，由于铸造层的氧化)，则可以移除被测量的铸造层，并且可以将新的液体物质浇注至第一模具部分和第二模具部分中的至少一个中。例如，控制器153可以控制表面处理单元128移除(例如，通过铣削)整个铸造层，并且控制可移动浇注单元120浇注新的铸造层以替换移除的铸造层。

在一些实施例中，图2的方法还可以包括在最后的铸造层的凝固结束时移除所有模具部分。模具部分的移除可以根据任何已知的方法进行，例如，通过机械手段或化学手段。

回到图1和铸造零件102。在一些实施例中，铸造零件102可以是金属零件，包括：至少第一铸造层104a和至少一个第二铸造层104b。在一些实施例中，至少第一铸造层104a可以包括第一类型的合金，并且至少第二铸造层104b可以包括第二类型的合金。在一些实施例中，第一合金和第二合金可以是相同金属元素的不同合金。例如，第一铸造层104a可以包括铝A355，而第二铸造层104a可以包括铝A356。在又一个例子中，第一铸造层104a可以包括灰铸铁，而第二铸造层104a可以包括球墨铸铁。在一些实施例中，铸造金属零件102可以包括第三铸造层104，该第三铸造层104具有相同金属元素的第三类型合金。

在一些实施例中，所有铸造层104可以由相同的合金铸造而成，然而，至少第一铸造层104a可以包括第一预定微结构，并且至少第二铸造层104b可以包括第二预定微结构。在凝固工艺过程中，有几种本领域已知的用改变各种合金微结构的方法。这些方法基于控制成核过程，在成核过程中，小晶粒核在熔融金属中形成，然后生长成最终晶粒。有两种主要方法：1)控制过度冷却，从而控制用于产生核的能量来源力，以及2)在将熔体浇注至模具中之前，向熔体添加成核中心(例如，包括可用作成核中心的化合物的粉末)。

在一些实施例中，铸造层的冷却速率可以通过向先前的铸造层提供不同的预热温度来控制。例如，铸造零件102可以由铝A356铸造而成，但是第一铸造层104a可以具有比第二铸造层104b更大的晶粒尺寸(例如，晶体尺寸)。如上文所公开的，通过对每一层提供不同的预热处理，可以获得不同的晶粒尺寸。在另一个例子中，铸造零件102可以由灰铸铁铸造而成，但是第一铸造层104a可以具有比第二铸造层104b更大的石墨薄片。正被浇注的熔融金属和基底(例如，前一个铸造层)之间的温度差越大，产生核的驱动力越大，因此形成的核的数量越多，最终的微结构可以越精细。

在一些实施例中，微结构可以通过在每层中向熔体提供的成核中心的量来控制。例如，ZrO₂颗粒可以以两种不同的量添加(例如，向层104a添加按重量计0.5％的量以及向层104b添加按重量计1.7％的量)到SP钢，以细化微结构。ZrO₂颗粒的量越大，成核部位的量越大，且微结构越精细。在一些实施例中，至少一个第一铸造层104a和至少一个第二铸造层104b在合金类型和微结构两者上可以不同。

在一些实施例中，至少第一铸造层104a和至少第二铸造层104b可以接合在一起。例如，至少第一铸造层104a和至少第二铸造层104b可以焊接至彼此、扩散结合至彼此等，以形成实体金属零件。在一些实施例中，接合区域的微结构可以与铸造零件的其余部分不同，这是在本领域中称为热影响区(HAZ)的现象。在一些实施例中，如果铸造层具有的厚度小于HAZ，那么所有的铸造层都可以具有HAZ微结构，并且接合区域可以是不可区分的。

在一些实施例中，每个铸造层104、104a、104b的厚度可以比每个铸造层的周长小至少两个数量级。

现在参考图5，其是根据本发明的一些实施例的零件的增材铸造方法的详细的流程图。在一些实施例中，方法步骤可以由控制器153指导增材铸造设备403来执行。在一些实施例中，增材铸造设备(例如，3-D打印机)403可以包括如图1所示的增材铸造设备100的至少一些部件。

在一些实施例中，该工艺过程可以开始于步骤400，此时3D模具模型405和3D零件模型407可以存储在控制器153的存储器157中。在一些实施例中，3D模具模型405和3D零件模型407可以被分成将要包括在层构建图集409中的多个模具部分和对应的多个铸造层。例如，出于说明性目的，包括铸造层和对应模具部分的构建图409-1，409-2，…，409-N，用于使用N层浇注的3D打印零件。出于说明和讨论的目的，通常的铸造层和模具部分的构建图409-C可以包括铸造层和模具部分数据411，其可以包含层/部分的厚度参数413、每个模具部分内的模具层的数量415以及边缘轮廓数据417。在层制造的讨论中，构建图409-C可以在3D增材铸造工艺过程中作为“当前”层构建图。

在一些实施例中，边缘轮廓数据417可以指定例如诸如图3A和图4所示的模具壁的形状和角度。在一些实施例中，边缘轮廓数据417还可以包含关于表面精整操作顺序的信息，诸如在图3B中所示出和讨论的，使得两个模具部分(例如，模具部分213和模具部分215)可以通过端铣刀206同时精整(与在沉积部分215之前精整部分213不同)。

在一些实施例中，在控制器153可访问的可读存储器中存储的附加数据可以包括材料参数421，例如，模具材料参数423和液体物质参数425。材料参数可以包括材料的规格和特性，包括以下的至少一项：物理性质、化学成分和执行方法步骤所需的其他数据。在非限制性示例中，对于可被加热硬化的模具材料，模具材料参数423可包括进行硬化的温度和时间。在一些实施例中，如果温度和时间从模具壁的厚度得出，那么模具材料参数423可以包括公式或查找表，从该公式或查找表可以从厚度得出参数。

3D零件(例如，零件102)的增材铸造可以开始于步骤431，并且可以随后在沉积环路433沉积模具层以形成第一模具部分(例如，部分112)。新模具部分的沉积可以在初始化步骤435中被初始化。初始化步骤可以包括，例如，选择合适的模具部分形式构建图集409。例如，可根据层构建图409-1沉积第一模具部分，可根据构建图409-2沉积第二模具部分，依此类推，直至根据构建图409-N(对于N层来说)铸造最终铸造层/模具部分。在非限制性示例中，构建台116可以在适当的位置被初始化，以便模具部分被适当地沉积和/或液体物质被适当地浇注。

在一些实施例中，可以在步骤437中沉积模具部分。例如，模具材料可以根据当前构建图409-C中的模具3D模型405数据(例如，构建图中有效的当前层)被(例如，从可移动分配单元130)逐层地放置，使得模具材料描绘液体物质随后将要被浇注其中(例如，从可移动浇注单元120)的区域。在一些实施例中，模具材料可以由可移动分配单元130沉积，机器人臂151按照控制器153的指示使可移动分配单元130定位和移动。

在一些实施例中，在步骤439，可以确定是否应该在沉积步骤437中已经沉积的前一个模具层的顶部之上放置另外的模具层。此时附加模具层的沉积可以根据构建图409-C中包括的模具部分的3D模型来确定。如果要沉积另一个模具层，则可以按照构建图409-C所要求的次数重复沉积步骤437，以便完成对应的模具部分。

在一些实施例中，当在模具沉积步骤437之后没有另外的模具层要沉积时，该方法可以包括模具硬化步骤441，以使已经沉积的模具部分的所有层硬化。在一些实施例中，可以根据模具材料参数选择硬化步骤。一些模具材料可能根本不需要硬化。硬化可以通过本领域已知的任何方法完成，例如紫外线固化、加热等。在一些实施例中，模具材料可以在一段时间内自发地硬化。因此，根据该实施例，模具硬化步骤441可以包括在模具材料的沉积之后等待适当的时间量。此外，根据该实施例，等待时间可以例如通过值、表格和/或公式被包括在模具材料参数423中。

在一些实施例中，在步骤443中，确定了另外的模具层是否可以被放置在沉积步骤437中已经沉积以及可选地在模具硬化步骤441中硬化的模具材料的顶部上。另外的模具层/部分的沉积此时可以基于构建图409-C来确定。如果要沉积另外的模具层，则可以重复沉积步骤437以形成模具部分。

在一些实施例中，如果没有另外的模具层要沉积，则可以执行模具表面精整步骤445。在一些实施例中，硬化的模具的壁的表面可以被机械加工、研磨和/或抛光。模具表面精整可包括模具部分的壁的顶表面或模具部分的内表面的表面处理，模具部分的内表面描绘了随后要形成的零件表面。模具表面精整可以通过本文前述的一种或更多种手段来完成。

在一些实施例中在浇注步骤451，可以根据当前层构建图409-C的3D零件模型407数据来浇注液体物质。在一些实施例中，可以确定要浇注的液体物质的量，使得液体物质填充由模具部分描绘的区域。在一些实施例中，液体物质可以通过可移动浇注单元120来浇注，例如，机器人臂151按照控制器153的指示使可移动浇注单元120定位和移动。

在一些实施例中，被浇注至对应模具部分中的液体物质的量可以基于液体物质参数425(例如凝固期间液体物质的预期收缩量)来确定。该量可以包括根据诸如温度变化、相变等体积因素的附加计算，以允许膨胀、收缩、密度变化等。

在一些实施例中，在凝固步骤453中，被浇注的液体构建台可以至少部分地被凝固成铸造层。

在一些实施例中，如果在当前铸造层下面有先前固结的铸造层，则凝固工艺过程可以将当前铸造层结合到先前浇注的铸造层，使得两个铸造层可以是同一实体零件的一部分。在一些实施例中，如上文所公开的，可以进行附加接合工艺过程，以便接合两个相邻的铸造层。

在一些实施例中，在铸造层表面精整步骤455，铸造层的顶表面可以被处理成具有期望厚度的光滑且平整的表面，以为下一个铸造层(如果有的话)做准备，诸如通过前面讨论的步骤。

在一些实施例中，可到达铸造层浇注环路末端457，且可以在步骤459中通过例如控制器153核查是否有要制造的后续铸造层而做出决定。如果有后续的铸造层，可以使用来自构建图数据集409的下一铸造层构建图数据，重复铸造层浇注回路433-457。

在一些实施例中，如果没有后续铸造层要浇注，则3D增材铸造可以在位置461处终止，并且可以在移除步骤463移除形成模具的所有模具部分。在本发明的各种实施例中，可以根据任何已知的方法，例如化学方法，使用在不影响模具内的3D铸造零件的情况下移除模具的解决方案来完成模具移除。在其他实施例中，模具可以被机械地移除。

在一些实施例中，仍然需要浇注/沉积的新层的数量可以在步骤401中确定，给定新铸造层401的数量，可以在步骤459中做出重复步骤433至457的决定。

虽然在本文中已经图示和描述了本发明的某些特征，但是本领域中的普通技术人员现在应会想到很多改变、替换、变化和等效形式。因此，应当理解，所附权利要求意欲涵盖落在本发明的真实精神内的所有这样的修改和变化。

Claims (56)

1.一种零件的增材铸造方法，包括：

在构建台上沉积模具的第一部分，其中所述沉积是逐层进行的；

将液体物质浇注至所述模具的所述第一部分中以形成第一铸造层；

凝固所述第一铸造层的至少一部分；

在所述模具的所述第一部分的顶部上沉积所述模具的第二部分；

将所述液体物质浇注至所述模具的所述第二部分中，以在所述第一铸造层的至少一部分的顶部上形成第二铸造层；以及

凝固所述第二铸造层的至少一部分。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：接收包括一个或更多个零件的三维(3D)零件模型，所述零件模型被分成多个铸造层。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括：

接收3D模具模型，所述模具模型被分成多个模具部分，其中所述模具模型被设计成为所述液体物质提供期望的形状。

4.根据权利要求2所述的方法，还包括：

基于所接收到的零件模型生成3D模具模型，所述模具模型被分成多个模具部分，其中所述模具模型被设计成为液体物质提供设计的形状。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述液体物质是以下中的一种：熔融金属、熔融玻璃和聚合物树脂。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括：

在第三铸造层的浇注之前使第一铸造层和第二铸造层接合。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，接合包括使所述第一铸造层和所述第二铸造层之间的界面的至少一部分熔融。

8.根据权利要求6或权利要求7所述的方法，其中，接合包括用以下的至少一种处理所述第二铸造层的上表面的至少一部分：感应加热器、电阻焊机、超声波焊机、等离子体沉积单元、电子束、激光、焊接电弧、焊炬、冷熔和磁场流。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，接合包括以下中的至少一种：胶合、超声波结合、扩散结合、热固化和紫外线(UV)固化。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：在附加铸造层的浇注之前预热每个铸造层。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：在凝固之后和附加铸造层的浇注之前，为每个铸造层提供表面处理。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述表面处理包括以下中的至少一种：机械加工、研磨、抛光和激光烧蚀。

13.根据前述权利要求中任一项的方法，还包括：在浇注对应的铸造层之前，为每个模具部分的内壁提供表面处理。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，对每个模具部分的内壁的所述表面处理包括机械加工所述内壁以及去除多余材料。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在所述第二模具部分的沉积之前，将所述第一铸造层和所述第一模具部分整平至处于相同水平。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述沉积和浇注步骤在保护性气氛下进行。

17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一铸造层和所述第二铸造层具有不同的厚度。

18.根据前述权利要求中任一项的方法，其中，所述第一铸造层和所述第二铸造层具有0.1mm-12mm之间的厚度。

19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，每个模具层包括粒状材料和结合剂的混合物，其中所述粒状材料可以包括以下的至少一种：陶瓷粉末、沙子、粘土及其任意组合。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述混合物还包括金属粉末。

21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，沉积一个或更多个模具层包括使用3D打印机打印每个模具层。

22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，从可移动浇注单元浇注所述液体物质，所述可移动浇注单元包括用于浇注液体物质的至少一个液体引入端口。

23.根据权利要求16所述的方法，其中，所述可移动浇注单元被配置成在每个模具部分中的预定位置处浇注预定量的液体物质。

24.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括通过浇注熔融金属使凝固的第一铸造层退火，以形成第三铸造层和第四铸造层。

25.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：

通过浇注具有第一化学成分的第一液体物质来铸造所述第一铸造层；并且通过浇注具有第二化学成分的第二液体物质来铸造所述第二铸造层。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述第一液体物质和所述第二液体物质选自：相同金属元素的两种合金、两种类型的玻璃和两种类型的聚合物。

27.根据权利要求25或权利要求26所述的方法，其中，所述第一液体物质和所述第二液体物质在以下方面中的至少一个方面不同：添加剂的量和类型，其中所述添加剂被配置为至少在铸造期间蒸发和分解。

28.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括：

在将液体物质浇注至所述第一模具部分和所述第二模具部分中的至少一个之前，测量所述第一容器中的所述液体物质的化学成分；

测量对应的铸造层的化学成分；以及

比较所述测量。

29.根据权利要求28所述的方法，还包括：

如果所述测量产生的化学成分上的差异大于阈值，则移除对应的铸造层；以及

将新的液体物质浇注至所述第一模具部分和所述第二模具部分中的至少一个中。

30.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述液体物质浇注至所述第二模具部分中的量足以形成所述第二铸造层并补偿以下中的至少一个：所述第一铸造层的收缩和所述第一铸造层中的厚度偏差。

31.一种增材铸造设备，包括：与含有模具材料的第一容器流体连接的可移动分配单元，所述分配单元包括用于沉积所述模具材料的一个或更多个液体引入端口；

与用于存放液体物质的至少一个第二容器流体连接的可移动浇注单元，所述浇注单元包括用于浇注至少一种液体物质的一个或更多个液体引入端口；

构建台，其用于存放沉积的模具材料和浇注的液体物质；以及

控制器，其被配置为：

控制所述可移动分配单元逐层地沉积模具的第一部分；

控制所述可移动浇注单元将至少一种液体物质浇注至所述模具的所述第一部分中以形成第一铸造层；

控制所述可移动分配单元将模具的第一部分逐层地沉积至所述第一部分的顶部上；以及

控制所述可移动浇注单元将至少一种液体物质浇注至所述模具的所述第二部分中，以在所述第一铸造层的至少一部分的顶部上形成第二铸造层。

32.根据权利要求31所述的增材铸造设备，还包括：

接合单元，其被配置为在第三模具部分的沉积和第三铸造层的浇注之前使所述第一铸造层和所述第二铸造层接合。

33.根据权利要求32所述的增材铸造设备，其中，所述接合单元是以下中的至少一个：感应加热器、电子束、电阻焊机、弧焊机、激光焊机、焊炬、胶合装置、冷熔单元、用于磁场流的磁体、超声波结合单元和用于扩散结合的加热器。

34.根据前述权利要求中任一项所述的增材铸造设备，其中，所述至少一个第二容器是坩埚，并且所述液体物质是熔融金属和熔融玻璃中的一种。

35.根据权利要求31-33中任一项所述的增材铸造设备，其中，所述至少一个第二容器是罐体，并且所述液体物质是聚合物树脂或熔融聚合物中的至少一种。

36.根据前述权利要求中任一项所述的增材铸造设备，还包括预加热单元，所述预加热单元用于在浇注附加铸造层之前加热每个铸造层。

37.根据前述权利要求中任一项所述的增材铸造设备，还包括：

一个或更多个表面处理单元，用于在凝固之后和浇注附加铸造层之前处理每个铸造层的表面。

38.根据权利要求26所述的增材铸造设备，其中，所述一个或更多个表面处理单元包括以下中的至少一个：机械加工装置、研磨装置和抛光装置。

39.根据前述权利要求中任一项所述的增材铸造设备，还包括：

填充有保护性气氛的外围物，用于在铸造期间向所述铸造层提供所述保护性气氛。

40.根据权利要求39所述的增材铸造设备，其中，所述外围物包括封闭的壳体，所述封闭的壳体容纳：所述可移动分配单元、所述可移动铸造单元、所述构建台和被配置成提供所述保护性气氛的装置。

41.根据前述权利要求中的任一项所述的增材铸造设备，其中，所述控制器还被配置为：

接收一个或更多个实体零件的三维(3D)零件模型，该3D零件模型被分成多个铸造层；

接收模具的3D模具模型，所述模具模型被分成多个模具部分，其中所述模具被设计成为液体物质提供期望的形状；

基于所述模具模型控制所述模具部分的沉积；以及

基于所述零件模型控制所述铸造层的浇注。

42.根据前述权利要求中任一项所述的增材铸造设备，其中，所述可移动沉积单元被配置成在至少一个轴线上移动。

43.根据前述权利要求中任一项所述的增材铸造设备，其中，所述可移动浇注单元被配置成在至少一个轴线上移动。

44.根据前述权利要求中任一项所述的增材铸造设备，其中，所述构建台被联接到可移动平台。

45.根据前述权利要求中任一项所述的增材铸造设备，其中，所述可移动浇注单元与用于存放第一液体物质和第二液体物质的两个容器流体连接，

并且其中，所述控制器被配置为：

控制所述可移动浇注单元将所述第一液体物质浇注至所述模具的所述第一部分中以形成第一铸造层；以及

控制所述可移动浇注单元将所述第二液体物质浇注至所述模具的所述第二部分中以形成第二铸造层。

46.根据前述权利要求中任一项所述的增材铸造设备，还包括：

至少一个化学成分传感器，其被配置成至少测量：所述容器中的所述液体物质的化学成分和所述铸造层的化学成分。

47.根据权利要求45所述的增材浇铸设备，其中，所述至少一个物质成分传感器基于X射线或激光。

48.一种铸造金属零件，包括：

包括第一类型合金的至少第一铸造层；

包括第二类型合金的至少第二铸造层，所述至少第二铸造层接合到所述至少第一铸造层，

其中所述第一合金和所述第二合金是相同金属元素的不同合金。

49.根据权利要求48所述的铸造金属零件，其中，每个铸造层的厚度比每个铸造层的周长小至少两个数量级。

50.根据权利要求48或权利要求49所述的铸造金属零件，还包括接合到至少一个第二铸造层的第三铸造层。

51.根据权利要求50所述的铸造金属零件，其中，所述第三铸造层包括相同金属元素的第三类型合金。

52.根据权利要求48-51中任一项所述的铸造金属零件，其中，所述至少第一铸造层与所述至少第二铸造层还在微结构上不同。

53.一种铸造金属零件，包括：

具有第一预定微结构的至少第一铸造层；

具有第二预定微结构的至少第二铸造层，所述至少第二铸造层被接合至所述至少第一铸造层，

其中所述第一预定微结构和所述第二预定微结构至少在平均晶粒尺寸上不同。

54.根据权利要求53所述的铸造金属零件，其中，每个铸造层的厚度比每个铸造层的周长小至少两个数量级。

55.根据权利要求53或权利要求54所述的铸造金属零件，还包括接合到至少一个第二铸造层的第三铸造层。

56.根据权利要求55所述的铸造金属零件，其中，所述第三铸造层具有第三预定微结构。

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